近年来，随着新能源汽车的蓬勃发展，人们对动力电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，固态锂电池（SSB）因具有高能量密度和高安全性的特点，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。
然而，在固态锂电池运行过程中，因不受控的锂枝晶生长而面临短路问题，从而引起电池失效和安全隐患，严重阻碍了其实际应用。亟需在充分掌握电池失效机制的基础上，开发提升电池性能的新技术。
2025年4月18日，华中科技大学黄云辉教授团队与同济大学罗巍教授团队合作，在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries 的研究论文。
该研究揭示了锂金属疲劳是固态锂电池循环过程中性能劣变的主要原因，同时提出了通过增加疲劳强度来改善固态锂电池循环稳定性的新策略。
疲劳是金属材料在受到循环载荷作用时普遍面临的问题，这种载荷会在远低于极限拉伸强度的应力水平下诱发微裂纹和断裂失效。
在这项最新研究中，研究团队通过原位扫描电子显微镜和相场模拟，确定了固态锂电池的失效与锂金属阳极的疲劳密切相关，这显著导致了固态电池中界面退化和枝晶生长。
研究团队进一步证实，锂金属的这种疲劳遵循评估金属疲劳的 Coffin-Manson 方程，表明这种疲劳是一种锂金属的固有特性。
这项研究不仅揭示了锂金属疲劳失效是固态锂电池循环过程中性能劣变的主要原因，同时也提出了通过增加疲劳强度来改善固态锂电池循环稳定性的新策略。
(a) 固态锂电池中金属锂负极疲劳失效示意图；(b,c) 通过锂合金化增加疲劳强度改善固态锂电池循环稳定性
总的来说，这项研究阐明锂金属疲劳的本质作用，为理解固态锂电池的失效提供了物理基础，并为延长其使用寿命、设计下一代长寿命固态锂电池铺平了道路。
同济大学为该论文第一完成单位，同济大学罗巍教授和华中科技大学黄云辉教授为论文共同通讯作者，同济大学博士生王腾锐、陈波副教授及西南交通大学电气工程学院刘毅杰助理教授为论文共同第一作者。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6807
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